Page 115 - 2025年第56卷第2期

顶向下游的倾斜面与堰顶的夹角为 ４５°，堰宽与测控闸门孔口的宽度保持一致，流量计算方法采用
Ｋｉｎｄｓｖａｔｅｒ － Ｃａｒｔｅｒ公式、Ｂｉｊａｎｋｈａｎ公式和 Ｂｉｊａｎｋｈａｎ － Ｍａｈｄａｖｉ公式 ［１９］ 。通过现场观察确认了闸门流态
状态后，分别进行了孔流、堰流和临界流态（堰、孔流转换）的试验。当闸门流态为孔流时，在不同开
度 ｅ下（在 ０．０２～０．３０ｍ范围内调节），根据每种开度 ｅ的设定值来调整水泵变频器，以获取不同工况
下的闸前水位和过闸流量真 实值。在孔 流条件 下，闸 门 开度 和 闸 前水 位的 调节 幅度 分 别 为 ０．０２和
０．０１ｍ。而当闸门转为堰流状态时，则借助调节主渠上游水位来确定过闸流量。每组工况下都对闸门
开度 ｅ、过闸真实流量 Ｑ 、闸前水位 Ｙ、闸上水头 Ｈ和闸后水位 ｈ进行了测量。
ｔ
ｍ
（ ３）数据采集。本试验使用变频器调节水位至待测水位值，待系统完全稳定后，按顺序分别测量
闸前和闸后的水位值，每个测点重复 ３次。若每次测量水位的组间差异小于 ０．１ｍｍ，则取测量结果的
平均值作为该点水位值的实测值，否则需要重新测量。闸前水流为亚临界流，将闸前水位测点选在距
离闸门 １．０ｍ处；闸后流态受水跃影响明显，因此，将闸后水位测点设在距离闸门 ２．５ｍ处。水位采
用精度为±０．１ｍｍ的钢尺测量。结合我国末级渠系的灌溉条件 ［１７，２０］ ，试验采用的流量范围为 ５～１２０Ｌ?ｓ，
流量梯度控制在 ３～６Ｌ?ｓ以内。
（ ４）数据分析。本研究流程如图 ３所示，分闸门流态识别、流量模型构建以及精度评价三个阶段
探究测控闸门的水力性能。首先通过试验确定闸门流态判定阈值 γ和大、小孔口分界点 η值；其次采
用布金汉定理建立闸门流量系数计算公式，并在考虑不同函数类型（包括线性、指数、对数、幂函数、
２
多项式等）的基础上，借助最小二乘辨识估计模型参数，综合评估各拟合式的残差、修正后的 Ｒ值以
及方差分析结果；最终选取拟合优度最高且形式简洁的公式作为闸门流量计算模型。

图 ３ 测控闸门流量计算流程

为验证流量预测的准确性，本研究采用 ７５％的数据作为拟合样本，其余 ２５％的数据用于验证。选
用平均绝对误差（ＭＡＰＥ）、最大相对误差绝对值（ＭＲＥ）、误差绝对值小于 ５％的数据比例（ＣＰ ）、拟
５％
２
合优度或决定系数（ Ｒ）和均方根误差（ＲＭＳＥ）５个统计评价指标对流量模型进行评价，各指标的计算
公式如下：

１００ ｎ Ｑ －Ｑ ｍｉ
ｃｉ
ＭＡＰＥ＝ ∑ （１）
ｎ ｉ ＝１ Ｑ ｍｉ
Ｑ－ Ｑ
( ) × １００
ｃ
ｍ
ＭＲＥ ＝ ｍａｘ （２）
Ｑ
ｍ
ｎ ５
ＣＰ ＝ × １００ （３）
５％
ｎ
ｎ
∑ （Ｑ －Ｑ ） ２
ｃｉ
ｍｉ
２
Ｒ ＝１－ ｉ ＝１ （４）
ｎ
∑ （Ｑ －珚 Ｑ ） ２
ｍｉ
ｍ
ｉ ＝１
— ２ ５ ５ —